TA的每日心情 | 开心
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发表于 2010-7-4 22:31:31
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影响断裂韧性的高低，有外部因素如板材或构件截面的尺寸，服役条件下的温度和应变速率等，而内部因素则有材料的强度，材料的合金成分和内部组织。
外部因素
材料的断裂韧性随着板材或构件截面尺寸的增加而逐渐减小，最后趋于一稳定的最低值，即平面应变断裂韧性K1c。这是一个从平面应力向平面应变的转化过程。
断裂韧性随温度的变化关系和冲击韧性的变化相类似。随着温度的降低，断裂韧性可以有一急剧降低的温度范围，低于此温度范围，断裂韧性趋于一数值很低的下平台，温度再降低也不大改变了。
应变速率的影响和温度的影响相似。增加应变速率和降低温度的影响是一致的。
内部因素
作为材料内部成分与组织因素的综合，材料强度是一宏观表现。从力学上而不是冶金学的角度，人们更是首先从材料的强度变化来探讨断裂韧性的高低。人们只要知道材料强度是多少，就可大致推断材料的断裂韧性是多少。图3-7表示了AISI4340(40CrNiMo)钢的断裂韧性和经淬火、回火热处理成不同屈服强度后的相互关系。注意到断裂韧性是随材料强度的降低而不断升高的。这一试验结果是有代表性的，大多数低合金钢均有此变化规律。即使像马氏体时效钢(18Ni)也是如此，只不过同样强度下断裂韧性值较高些而已。
细化晶粒是提高低、中强度钢低温断裂韧性的有效措施之一。Hahn和Rosenfied提出了一个材料断裂韧性、屈服强度和晶粒尺寸间关系的经验计算公式(对铁素体-珠光体钢，指的是铁素体晶粒；对经过淬火回火组织，则指的是原始奥氏体晶粒尺寸。)
式中Q为塑性约束系数为2.5-3.0。当低碳钢发生应变硬化时，可以假定a值约为20m-1/2。为在一定温度和应变速率下的屈服强度。
在个别情况下。曾发现对高强度钢AISI4340,4130,进行1200。C 的超高温淬火，断裂韧性至少较正常淬火时的值高出50%以上，但其冲击韧性却大为降低，这不能简单地归结为晶粒大小的影响，也不能改变晶粒大小的断裂韧性的影响一般规律。
夹杂物与第二相的尺寸及间距对断裂韧性的影响也很显著。第二相的尺寸越小，质点间距越大，断裂韧性就越高。Cox和Low曾对比了18Ni的马氏体时效钢与AISI4340，发现在同强度下马氏体时效钢较钢4340(40CrNiMo)的韧性高得多。究其原因，在电镜下，钢4340先在大夹杂物MnS处萌生空穴，然后与较小尺寸的渗碳体产生的小空穴相连，这样的微孔聚合构成了扩展裂纹。而18Ni在时效过程中析出的金属间化合物要比渗碳体尺寸小一个数量级，这样小的颗粒是不易在基体的界面上萌生空穴的。第二相质点间距越大，空穴的长大与聚合越困难，在电镜下观察到的韧窝越大且越深，这表示消耗的变形功越大。Prist对0.45C-Ni-Cr-Mo-V得出了一个半径经验公式
式中σ*为一常数等于2000MPa，即为第二相间距。
K1c与其它力学性能的关系
K1c的测试与常规的力学性能测试相比，要复杂些，因此人们总是希望从已知的常规力学性能数据，能预测出K1c来。为了解K1c的本质，K1c是否为材料独立的力学性能指标，必须寻找K1c和其它基本力学性能间的关系。
对产生滑移的穿晶解理断裂，一般认为K1c是与在—定特征距离l0*内达到了解理断裂应力σf*有关，而特征距离决定于材料的组织参数。
对于韧性断裂，一般认为，在一临界距离l0*的范围内其应变达到了某一临界应变值就发生断裂。
至于和冲击韧性的关系，现已查明，夏培冲击试样断裂时的应力状态是平面应变状态。夏培试样的最大横向收缩应力接近于最大塑性约束产生的结果。温度对CVN的影响和对K1c的影响相似。 |
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发表于 2009-8-4 11:21:10
